基于學習即研究觀點的課堂重構教學研究

韋葉平 劉霽華

摘 要：本文提出學習即研究觀點下的課堂重構教學理念，并在研究課中實踐應用，旨在發展學生物理學科核心素養，進而提出對物理課堂教學改革方向的思考.

關鍵詞：學習即研究;課堂重構;問題;研究式教學

文章編號：1008-4134（2019）17-0030中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

經過前期對學與教的方式、教學改革的方向、教學中的師生關系等方面的調研和思考，結合高中學生思維發展和物理學科的特點及江蘇省“十三五”規劃課題“基于‘學習即研究觀點的學生核心素養培養研究”的研究課題，課題組提出“學習即研究”的課堂重構觀點.在研究課“牛頓第二定律”的教學中，嘗試用此觀點創新設計，取得了較好的實踐效果.

1 基于學習即研究觀點的課堂重構的必要性

研究課的內容是人教版高中物理必修1第4章第3節“牛頓第二定律”.本節教材的內容是牛頓第二定律的內容和表達式，以及兩個例題和解析.傳統的“獨白式教學”是教師告知物理規律，事先概括對牛頓第二定律規律的理解，以學生能按照教材提供的例題解析規范答題作為評價的標準.學生掌握了具體的知識而缺少掌握知識轉化的能力.教學中只有教師的“獨白”，而幾乎沒有學生的聲音，也就沒有了學生思維的主動發展.

1.1 基于學習即研究觀點

“學習即研究”的觀點是，科學學習是發現問題和解決問題，其本質就是研究.學習者就是研究者，學習過程就是研究過程，不惟結論、不拘形式.要依據學生的真實思維、構建真實的情境、以問題為紐帶、實現過程的體驗和方法的運用、并在質疑評價中推進研究成果的深入和發展，進而推進學生核心素養的發展.

課堂教學過程應該是學生在教師引領下的研究過程，研究離不開問題與方法，對研究過程和結果要進行評價、質疑和批判.筆者以“王亞平太空授課”引入新課，不再滿足于讓學生知道事實，而是引發問題，提出假設，激發研究動機.問題和假設只有進入了檢驗的程序，問題才成為真正的問題，假設才成為科學的假設.質疑評價是學習即研究過程的重要環節，在實驗過程中，對學生已有知識但并不理解的“m0m”進行否定再否定，最終在研究中理解“m0m”的意義，尋找創新解決的途徑.牛頓第二定律的應用不再拘泥于習題的訓練，而是滲透在問題假設、實驗檢驗和邏輯推理的研究過程中.

1.2 基于教材的課堂重構

教材第2節“實驗：探究加速度與力、質量的關系”中，平衡摩擦力和“m0m”是該實驗的關鍵條件.但是，筆者在實驗教學時只能無奈地告知學生.因為，只有學習了牛頓第二定律之后才能理解，才可以給出科學的、符合理論規律的解釋.很多教師忽略了這個問題，實驗教學時讓學生死記硬背這兩個結論，學習了牛頓第二定律這個規律后，也沒有將前后知識進行串聯消除疑問.基于教材內容的特點，有必要對課堂教學進行重構，創新遵循學生思維發展規律的教學設計.

學習即研究觀點的課堂重構基本結構是：問題→解決→質疑評價→新問題→新的解決.物理問題的產生是從生活中的實際問題開始的，以問題為核心的物理教學方法，應以問題解決為契機，避免由教師教授內容、灌輸知識的死板做法，調動學生思維的主動性，形成以學生為主體探究、發現的研究過程.筆者對牛頓第二定律表達式的教學重點突出k=1的意義并解釋拓展;基于三個問題的類比與解決，理解牛頓第二定律;坐標點6（如圖2）為什么明顯偏離擬合直線，擬合直線為什么不過坐標原點等問題都來自學生實驗的過程中，通過對本質的“研究”，生成了問題，學生收獲的不僅是知識，而是理論依據和形成過程.

2 基于學習即研究觀點的課堂重構

本節內容主要有牛頓第二定律數學表達式的由來、內容的理解和應用等三個知識板塊.筆者按知識的邏輯結構，以問題為紐帶，用研究的方式展開教學.教學中，教師是知識的占有者但不是過程的占用者，教師通過提供有意義的素材，讓學生發現問題、研究問題、評價問題，物理核心素養在研究過程中得到發展.

2.1 創設情境，激發問題

課堂引入不僅是激趣，更是激疑.通過情境設計問題，激發學生的學習.

視頻“王亞平太空授課”的引入，失重是太空環境中獨特的現象，那么，航天員想要知道自己胖了還是瘦了，該怎么辦呢？……你能說出“質量測量儀”的工作原理或提供一個測量質量的可能性方案嗎？

學生小組合作，通過“§4.2實驗：探究加速度與力、質量的關系”的學習，學生大多從a、F、m三者關系的角度提出測量m的方案.在此基礎上，師生合作，從a-F、a-1m的圖線特點經過邏輯推導得到等量關系F=kma.

教師：你希望k取多少呢？

學生：k=1（學生認為，此問題研究似乎帶有“隨意性”）.

在17世紀，國際單位之中已經明確了質量、加速度的國際單位，但沒有規定多大的力作為力的單位.因此，物理學界達成共識：使質量為1kg的物體獲得1m/s2的加速度，所需要的力叫做“一個單位的力”，后人為了紀念牛頓，把“一個單位的力”叫做1牛頓，即1N=1kg·m/s2.顯然k=1，且沒有單位.

教師進一步PPT展示：力的常用單位還有達因（dyn，1dyn=0.00001N）、千克力（kgf，1kgf=9.80665N）、噸力（tf，1tf=9806.65N）、磅力（lbf，1lbf=4.44822N）、磅達（pdl，1pdl=0.138255N）等.如果力取這些單位，k就不一定取1了.（引導學生思考：若加速度、質量是國際單位，但力的單位是達因，即1dyn=k·1kg·m/s2，則k=10-5.）

點評：教師介紹物理學史，滲透人文性，體會物理學不僅有簡潔美，更符合科學性和嚴謹性.學生通過問題解決知其然更知其所以然，在解決問題的過程中又生成了新的問題.這樣，在不斷的研究中，實現核心素養的培養.

2.2 設計問題，理解規律

學生對牛頓第二定律的理解不是由教師簡單告知，而是通過教師創設的真實情境，對三個關聯問題的解決自主建構知識體系，理解物理規律.

教師展示一個鋼球，你能用牛頓第二定律得到鋼球下落的加速度嗎？

教師展示兩個鋼球，你能用牛頓第二定律解釋同一高度、同時釋放的輕重不同的鋼球為什么同時落地嗎？

教師展示一個鋼球和一個乒乓球，同一高度同時釋放，為什么不是同時落地呢？

點評：教師以問題設計為核心，以問題解決為途徑，理解牛頓第二定律的性質（同體性、矢量性、瞬時性、因果性等），提高學生解決問題的能力，發展學生的物理思維能力.

2.3 回歸本質，引發問題

實證思想是科學精神的基礎，也是物理核心素養的主要價值追求.讓學生經歷真實的探究過程，在本質中由知道上升為領悟.

請同學們觀察圖1中“探究加速度與力、質量關系”的實驗裝置按表1要求的數據進行實驗.小車及附件的總質量m=0.351kg并保持不變，用力傳感器測得小桶和砝碼的總質量并測量小車的拉力F.你認為有哪些不當之處？

學生指出，該裝置未平衡摩擦力，且第6組數據不滿足桶和砝碼的總質量比小車的質量小很多.

教師：今天，我們用位移傳感器得到小車的加速度，并利用Dislab作a-F圖線，分析該裝置對實驗結果的影響.

探究一：關于“m0m”的探究.

師生合作完成實驗，得到a-F擬合直線，如圖2所示.實驗數據幾乎不落在擬合直線上，顯然不能說明：m一定，a∝F.進一步發現，前5組數據基本在一條直線上，第6組數據的坐標點明顯偏離，a-F擬合曲線的斜率有減小的趨勢.

教師：請同學們從牛頓第二定律定量的角度分析，為什么第6個坐標點明顯偏離直線，且曲線的斜率有減小的趨勢？

學生：不是因為操作錯誤而導致的偶然誤差，而是由于加速度較大，F≈m0g不成立.

對m0：F合=m0g-F=m0a.（1）

可得：F=m0g-m0a

學生在實驗現象和理論推導中理解m0m的真正目的.教師進一步引導，如果在小車前端裝一個無線力傳感器，可以直接得到F的大小，是否還需要滿足條件m0m嗎？

探究二：關于“平衡摩擦力”的探究.

刪除第6組數據，得到較為合理的擬合直線.但是，a-F圖線并未過原點，即m一定，a∝F仍然不成立.那么，是不是研究牛頓第二定律時哪里出問題了？

學生：沒有平衡摩擦力，表達式F=ma中F是指小車受到的合力.對m有

F′合=F-f=ma……（2）

可得：f=F-ma.

學生經過思辨的過程，理解平衡摩擦力是為了更加簡潔地找到牛頓第二定律的規律，而不是牛頓第二定律成立的前提必須要先平衡摩擦力.若橫坐標替換成F-f，即小車受到的合外力，則擬合直線過原點.同時，我們還可以利用牛頓第二定律求出小車受到摩擦力的大小.

上述兩個探究過程是對實驗結論：m一定，a∝F的兩次質疑.教師基于教材內容的統整和課堂教學的重構，使學生在實驗現象和理論推導中理解m0m以及平衡摩擦力的真正目的.學生會在教師指導下，根據教材§4.2提供的步驟完成實驗操作得到結論，但并不理解實驗設計的意圖和物理規律的深度理解等問題，突破了教學難點，建構了邏輯性強、較為完整的知識體系.

由表達式（1）和（2）得到系統滿足的物理規律：m0g-f=（m+m0）a，是對牛頓第二定律理解的思維再提升，也是對實驗操作兩個必要步驟的再否定.最后，接著看課前視頻“王亞平太空授課”，再了解“質量測量儀”的工作原理，即牛頓第二定律在現代科技中的應用中結束本節課.

物理學科核心素養強調科學思維和科學探究，我們需要構建研究過程，設想、設計、設置有品質的問題，基于問題解決，圍繞過程推進學生的學習，開展真實的研究，培養學生批判性思維、創造性思維等高階思維能力，實現核心素養的發展.

3 “研究式教學”物理課堂的構建

傳統的“獨白式教學”顯然不符合新課程教學理念，不利于學生核心素養的發展.在課堂教學中，傳統的“獨白式教學”正經歷“對話式教學”，進一步走向“研究式教學”，引導學生從被教師詢問到主動發現，從被動應答到主動探究.

3.1 從“獨白”到“對話”

在傳統的“獨白式教學”中，教師對牛頓第二定律的理解，往往歸納為“五性”，即同體性、矢量性、瞬時性、因果性、獨立性，再分別加以解釋或舉例說明.教師習慣性地滿足于講授而剝奪了學生發表意見、發展思維的機會.教師傳授的知識量更多，教學信息量更大，更容易組織和控制教學進程，但學生只記住知識而沒有知識轉化的能力，不會靈活遷移運用.

“對話式教學”就是教師不斷地詢問學生對某個問題的解釋，使學生處于思維的應急狀態并迅速地搜尋解題的策略.教師設計了一系列問題引導學生理解牛頓第二定律，通過不斷地追問和啟發，使學生在問題解決過程中體會“五性”.當然，對話式教學不是只要有教師提問、學生回答，屬于事實性的、記憶性的問題，簡單地追求課堂熱鬧，為問而問，而是能否真正啟動學生思維和引導思維發展方向，培養學生的思維能力.

3.2 從“對話”到“研究”

“對話式教學”為學生主動參與教學情境提供了機會，但又容易被教師設置的問題牢牢套住，陷入被教師追問的被動狀態，缺少發問的權利和機會，只能圍繞教師提出的問題做出思考與判斷.“研究式教學”又可表述為“發現式教學”，主張學生自己發現問題、發現答案;有師生對話、生生對話、學生與學習材料的直接“對話”;在對話語境中，教師和學生處于一個平臺上，教師和學生的思維方式和思維成果平等地得到尊重和保護.

本課教學中，理解“五性”的教學過程體現對話式教學，基于實驗創新設計的牛頓第二定律的應用則體現研究式教學.學生首先對教師提供的實驗裝置提出否定，教師并沒有簡單地給出評價或根據教材提供的實驗步驟加以修正，而是用批判質疑的思維，引導學生在實踐研究過程中觀察現象、發現問題、解決問題、評價問題.學生對是否滿足條件“m0m”從否定到肯定，更找到了解決問題的創新方法（無線力傳感器的運用和從系統的角度理解牛頓第二定律），也增強了進一步主動探究“平衡摩擦力”的興趣和信心.

3.3 “研究式教學”的期待

“獨白式教學”可以最高效率、全面系統地講授知識;“對話式教學”使學生從“被灌輸”的境遇進入“追問”狀態;而研究式教學并不滿足于學生“被追問”的狀態，它進一步確立學生的主體地位，進一步釋放學生的思維潛能和保護學生的思維火花.

《普通高中物理課程標準（2017版）》提出發展學生核心素養的教學目標.素養是人面對的無定式復雜思維和工作的能力及品質.在物理學科中，這種能力和品質包含科學觀念、科學推理、科學探究、科學態度，其核心是創造性思維、批判性思維、問題解決.“學習即研究”觀點下的研究式教學倡導以“主體研究”的方式開展學習，把簡單告訴轉化為問題引發，把知識羅列轉化為過程建構，把被動接受轉化為主體研究，以問題解決為載體，培養學生批判性思維和創造性思維等高階思維能力，發展學生物理學科核心素養.

參考文獻：

[1]韋葉平.指向思維發展的研學物理課堂的思考與構建探索——基于優課評比“功”課堂教學的觀摩[J].物理教師，2017（06）：14-18.

[2]劉霽華.物理學科有意義教學的實現途徑[J].物理之友，2014（08）：1-6.